基于PROFIBUS-DP的在尾礦脫水自動(dòng)化

1 引言

　　隨著制造業(yè)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化中分散化結(jié)構(gòu)的迅速增長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，它實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入輸出模塊、過程調(diào)節(jié)裝置于可編程序控制器plc和pc之間的數(shù)據(jù)傳輸，把i/o通道分散到實(shí)際需要的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，從而使整個(gè)系統(tǒng)的工程費(fèi)用、裝配費(fèi)用、硬件成本、設(shè)備調(diào)試和維修成本大為降低。現(xiàn)場(chǎng)總線profibus(中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb/t 20540-2006 profibus規(guī)范)具有單元級(jí)領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，并能滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)級(jí)數(shù)據(jù)可存取性的重要要求。筆者參與某鐵精礦尾礦脫水處理系統(tǒng)生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的特點(diǎn)是設(shè)備分布區(qū)域廣，要求各設(shè)備既能單獨(dú)控制完成自動(dòng)循環(huán)，主控室主站也要能夠給各設(shè)備發(fā)送控制數(shù)據(jù)，并采集各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)便于分析和儲(chǔ)存。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)要求采用profibus-dp高速現(xiàn)場(chǎng)總線通訊網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)，從而保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

2 系統(tǒng)組成

　　profibus-dp主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，是一種高速(可達(dá)12mbit/s) 和便宜的通信連接，它被設(shè)計(jì)為設(shè)備級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散的外圍設(shè)備之間的通信，可以承擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)控制與監(jiān)控的通信任務(wù)，具有較高的性價(jià)比，是當(dāng)今實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)理想的總線技術(shù)。profibus-dp的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用了osi參考模型的第一層物理層，第二層數(shù)據(jù)鏈路層和用戶自己定義的用戶層，這種精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)的高速傳送，特別適合plc與現(xiàn)場(chǎng)分散的i/o設(shè)備之間的通訊。profibus-dp是一個(gè)主站/從站(master/ slave)總線系統(tǒng)，主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)主站得到總線控制權(quán)時(shí)，沒有外界請(qǐng)求也可以主動(dòng)發(fā)送信息，主站可以是plc、pc 等；從站為外圍設(shè)備(典型的從站包括輸入/輸出裝置、閥門、驅(qū)動(dòng)器和測(cè)量發(fā)送器等)，從站沒有總線控制權(quán)，僅當(dāng)接受到信息給予確認(rèn)或當(dāng)主站發(fā)出請(qǐng)求時(shí)向它發(fā)送信息。profibus-dp有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線形，星形，環(huán)形等。該系統(tǒng)采用總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　2.1 尾礦脫水處理自動(dòng)化系統(tǒng)

　　該尾礦脫水處理系統(tǒng)由5臺(tái)過濾設(shè)備和泵類風(fēng)機(jī)等多臺(tái)設(shè)備組成。自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用上位機(jī)+profibus-dp主站+從站的網(wǎng)絡(luò)控制方式。上位機(jī)采用研祥工業(yè)控制計(jì)算機(jī)監(jiān)控，組態(tài)軟件采用simatic wincc6.2。上位機(jī)中插有通訊卡cp5611,通訊卡加入profibus驅(qū)動(dòng)程序就可以作profibus網(wǎng)卡并支持profibus協(xié)議。采用s7-300系列plc的cpu315-2dp為主站，通過profibus通訊模塊em277和分站s7-200交換信息，協(xié)調(diào)各單臺(tái)壓濾設(shè)備連鎖和工藝步序排隊(duì)。

　　系統(tǒng)中的五臺(tái)過濾設(shè)備各為一套完整的控制系統(tǒng)，采用s7-200 plc (cpu 224xp) +i/o模塊 +em277+現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面siemens mp277 +10.4”觸摸屏等組成分站，負(fù)責(zé)控制立式壓濾機(jī)的運(yùn)行、模擬量信號(hào)處理、報(bào)警等本體設(shè)備控制，并通過profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的通信，用于實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)中的典型流水線工藝。基于profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的組成如圖1所示。

圖1 尾礦脫水控制監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

　　2.2 profibus dp 配置

　　(1) s7-300與s7-200通過em277進(jìn)行profibus dp通訊，需要在step7中進(jìn)行s7-300站組態(tài)，再在硬件組態(tài)窗口中的菜單 optionàinstall new gsd，導(dǎo)入siem089d.gsd文件，安裝em277從站配置文件。

　　(2)在s7-200中不需要對(duì)通訊進(jìn)行組態(tài)和編程，只需要將要進(jìn)行通訊的數(shù)據(jù)整理存放在v存儲(chǔ)區(qū)與s7-300的組態(tài)em277從站時(shí)的硬件i/o地址相對(duì)應(yīng)就可以了。對(duì)于本工程控制系統(tǒng)的profibus dp 配置為在s7-300站組態(tài)五個(gè)em277子站，每個(gè)em277子站分別對(duì)應(yīng)一套壓濾設(shè)備。根據(jù)控制程序需要將每個(gè)子站的通訊字節(jié)數(shù)為8字節(jié)輸入和8字節(jié)輸出。五個(gè)em277子站的profibus dp 地址分別是：3，4，5，6，7。我們配置后的profibus-dp系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 profibus-dp系統(tǒng)配置圖

　　3)組態(tài)完系統(tǒng)的硬件配置后，將硬件信息下載到s7-300的plc，當(dāng)中下載完成后，將em277模塊上的撥位開關(guān)撥到與硬件組態(tài)的設(shè)定值相一致。在s7-200中編寫程序?qū)⑦M(jìn)行交換的數(shù)據(jù)存放在與s7-300 plc的外設(shè)輸入/輸出存儲(chǔ)區(qū)pi和pq相對(duì)應(yīng)的v存儲(chǔ)區(qū)中，打開step7中的變量表和step7 micro/win32的狀態(tài)表可監(jiān)控s7-300與s7-200通過em277的數(shù)據(jù)通訊。